新材料化学1

第一节 纳米材料
纳米材料的基本特性：
1. 量子尺寸效应
2. 表面效应
3.小尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
制作人:刘娟 282456221@qq.com
第一节 纳米材料
1.表面效应
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分
布不均匀。
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第一节 纳米材料
(3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素
纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点
操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
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第一节 纳米材料
（3）热学性质
纳米微粒的熔
点、烧结温度
和晶化温度均
比常规粉体低
得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。
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第一节 纳米材料
（4）磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效 应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
• 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成
。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～
100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的 过渡区域。
第一节 纳米材料
（1）光学性质
1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈
黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强
吸收率、低反射率。
例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。
纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频 带强wenku.baidu.com收谱。
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%
第一节 纳米材料
2.小尺寸效应
金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸
效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小
时，小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。
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第一节 纳米材料
3.量子尺寸效应
当纳米颗粒尺寸小到一定程度时，费米面附近电子能 级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致
低温下导体向绝缘体的转变
～
（如kBT）
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第一节 纳米材料
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总 能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来 ，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器 件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观 系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状
态。
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第一节 纳米材料
二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组 织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米
第六章 新材料化学
新材料是指新近发展的或正 在研发的、性能超群的一些材料， 具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志，
通过物理研究、 材料设计、材料
加工、试验评价等一系列研究过
程，创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。
第六章 新材料化学
第一节 纳米材料 第二节 复合材料 第三节 生物材料 第四节 智能材料 第五节 新能源材料
第一节 纳米材料
2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应
纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米
微粒称为胶体（或分散相）。
由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散 物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应 ——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂 直方向上可以看到一个发光的圆锥体。
第一节 纳米材料
2. 化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材
料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理 得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大 ，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，
另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波
长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。
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第一节 纳米材料
（2）力学性质
金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的
强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性
和韧性。如A12O3基体中加入纳米SiC晶粒制成的陶瓷材料， 其最高强度大于1500MPa，最高使用温度也可以原来的 800℃提高到1200 ℃，纳米Ag微粒只要低于373K就开始 熔化，而常规Ag的熔点却在1173K左右。
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第一节 纳米材料
由于纳米材料的组织粒子极其小，其中所包含的原子 个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用 宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象
”。
（1）光学性质
（2）力学性质
（3）热学性质 （4）磁学性质
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• 从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统
既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一 种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效 应和宏观量子隧道效应。
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原子排成的“原子”字样
1nm=1/10亿米，10个氢原子 紧密排列，20nm是头发丝直 径的3000分之一
主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁
化率。
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第一节 纳米材料
超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相 比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方 向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而